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机床卡盘在发动机轴类部件加工时的选型和维护
2020年05月15日    阅读量:2288    新闻来源:中网信息 ChinaNews360.com  |  投稿

发动机用曲轴、凸轮轴和缸套等轴类部件在加工的每个工序均会使用到卡盘,在加工中卡盘具有定心、夹持和驱动工件的作用。


根据卡盘夹持工件维持中心的能力,分为刚性卡盘和浮动卡盘。本文主要探讨这两种卡盘的选用原则和日常维护要点中国机械网okmao.com


刚性卡盘与浮动卡盘在结构、调整方式上存在很大差别,以日本某品牌系列卡盘为例,图1所示为浮动卡盘动作过程:工件在定位支撑块和顶尖的作用下,进行轴向和径向定位夹紧,然后卡盘油缸通过拉杆,带动卡盘中心拉杆、间隙调整板、卡爪臂支撑盘、球形关节和卡爪臂动作,最终实现卡盘卡爪夹紧工件。


当出现卡盘3个卡爪组成的中心与工件中心同轴度偏差大时,先与工件接触的卡盘卡爪会受力F2,通过卡爪臂、球形关节传递给卡爪臂支撑盘,F3作用在卡爪臂支撑盘上,对于浮动卡盘.


卡盘中心拉杆与卡爪臂支撑盘之间存在间隙,卡爪臂支撑盘在力F3的作用下,利用浮动间隙(间隙调整板、卡盘中心拉杆和卡爪臂支撑盘共同组成了卡盘的浮动机构),会向着力的方向运动,直至3个卡爪完全夹紧工件。

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机床卡盘在发动机轴类部件加工时的选型和维护

图1 浮动卡盘结构


1.卡爪臂 2、12.矩形弹簧 3.球形顶盖 4.球形关节


5.间隙调整板 6.油缸拉杆 7.卡盘中心拉杆


8.卡爪臂支撑盘 9.卡盘本体 10.卡盘后端盖


11.定位支撑块 13.顶尖 14.被加工工件


15.卡盘卡爪 16.球形支撑


图2所示为刚性卡盘动作过程:工件在定位支撑块和顶尖的作用下,进行轴向和径向定位夹紧,然后卡盘油缸通过拉杆,带动卡盘中心拉杆、球形关节和卡爪臂动作,最终实现卡盘卡爪夹紧工件。


由于卡盘中心拉杆与球形关节和卡爪臂之间是刚性联接,所以卡盘卡爪(三个卡爪)夹紧后,会形成一个夹紧中心。


如果卡盘的夹紧中心与工件和顶尖形成的夹紧中心不重合,工件在卡盘夹紧后会出现明显的夹紧变形,该卡盘使用前,需要调整卡盘中心与顶尖中心重合,保证卡盘夹紧后不会出现虚夹紧的情况。

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机床卡盘在发动机轴类部件加工时的选型和维护

图2 刚性卡盘结构


1.卡爪臂 2、10.矩形弹簧 3.球形顶盖 4.球形关节


5.油缸拉杆 6.卡盘中心拉杆 7.卡盘本体


8.卡盘后端盖 9.定位支撑块 11.顶尖


12.被加工工件 13.卡盘卡爪 14.球形支撑


从图1和图2卡盘的机构分析,浮动卡盘与刚性卡盘存在以下不同点。


浮动卡盘:如图3所示,在夹紧工件过程中,由于工件毛坯表面高低不同或者毛坯圆度加工公差大,会出现3号卡爪已接触到工件表面而1号、2号卡爪还未接触到工件的情况,这时,浮动卡盘的浮动机构起作用,以工件表面为支撑,对3号卡爪进行浮动,只要浮动量足够,1号、2号卡爪最终会夹紧工件,对工件中心几乎不影响。

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图3 浮动卡盘卡爪夹紧过程


刚性卡盘:如图4所示,在夹紧过程中,如果卡盘与工件同心未调整好,会出现3号卡爪接触到了工件,1号、2号卡爪还未与工件接触的情况,这时卡盘夹紧力F1会作用于工件,力足够大的情况下会使工件偏移预定中心,迫使工件移动到卡盘中心处;卡盘夹紧力小的情况下,会出现个别卡爪与工件不能完全接触的情况,加工时产生振动。

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图4 刚性卡盘卡爪夹紧过程


卡盘使用前的调整要求:刚性卡盘在夹紧后会形成卡盘自身的夹持中心,在使用刚性卡盘时,需要调整卡盘的夹紧中心与工件夹紧定位中心重合,如图5所示。

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图5 刚性卡盘中心的调整


根据以上结构分析,在卡盘的调整和维护上建议遵循以下原则:卡盘内部活动部件的润滑和油脂类定期更换。


卡盘内部活动部件间运动基本是滑动摩擦,需要根据卡盘维护要求,加入和定期更换指定牌号的润滑油/脂。加入润滑脂时,需要把前期使用过的润滑脂全部挤出,卡盘夹紧后再封堵排油口,防止卡盘内部腔体憋压。


刚性卡盘夹紧中心与工件中心定期检查和调整:刚性卡盘需要定期测量卡盘中心与工件主轴中心是否一致,夹紧样件后,在样件靠近卡盘时架百分表,旋转卡盘测量跳动,如果超出要求范围,在高点对应的一个或者两个卡爪处适当增加垫片,重复以上步骤,直至达到要求。


浮动卡盘浮动量的定期检查(见图6)。在日常的卡盘维护中,需要定期测量浮动卡盘浮动量和浮动精度,为后期卡盘的内部维护作出指导意见,浮动精度的测量方法:卡盘夹紧样件后,把需要测量的卡爪旋转到便于测量位置,架测量百分表(需要把磁力表座吸附到移动轴上),标记好测量点,作为零点位置。


然后控制伺服轴移开百分表,打开卡盘,在需要测量的卡爪和样件之间,放置厚度是Amm的垫片,卡盘夹紧样件,移动百分表到所调零点的位置,确认百分表压紧的数据是否为Amm左右,如果是,说明浮动精度良好,如果数据差别大,说明卡盘浮动机构存在问题,其他卡爪测量同上。

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图6 浮动卡盘浮动量的检查


卡盘内部密封件、垫片和弹簧等部件的定期更换:矩形弹簧、卡盘本体、卡盘后端盖、矩形弹簧和球形支撑中的密封和弹簧,需要根据使用频次和上述检测结果,进行定期更换,否则会因为疲劳损坏,导致浮动量和刚性卡盘跳动。


通过以上对卡盘结构调整和维护要点的分析,在卡盘选型方面注意以下原则:如果被加工部件的卡盘夹持部位为毛坯面,优先选择浮动卡盘,而刚性卡盘应用在被加工部件的卡盘夹持面为粗、半精/精加工后的面。遵循以上基本规律后,具体还要配合不同工况进行精准选择。



刚性卡盘的选择:①加工工况的切削量大,切削力大,被加工工件夹持、中心架支撑后,需要较强的工件刚性和较大的工件旋转驱动力的情况。②无顶尖等一次性定心机构,需要卡盘定心的设计时。


浮动卡盘选择:①对工件主轴的定心要求高,卡盘夹持后利用自身的浮动不打乱工件主轴的一次定心。②切削量不大,仅需要驱动工件主轴旋转和增加工件刚性的情况。


以上说明了浮动和刚性卡盘的结构区别、维护和选型要求,对于卡盘相关的使用和维护有一定帮助。如果需要更深层次的理解和灵活运用,需要不断地在现场使用和维护中总结经验。


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